Потрібний ефективний біоконтроль? Мікробний агент захищає здоров'я рослин

Як мікробний агент забезпечує біоконтроль: пояснення основних механізмів

Пряма дія: антибіоз, мікопаразитизм та утворення літичних ферментів

Корисні мікроорганізми борються з шкідливими трьома основними способами. По-перше, вони виробляють речовини, які називають вторинними метаболітами, наприклад, пептаїболи та полікетиди, що порушують цілісність клітинних мембран або припиняють синтез білків у шкідливих організмів. По-друге, існує мікопаразитизм — певні контрольні гриби, такі як Trichoderma, фактично оточують гіфи шкідників, проникають крізь їхні клітинні стінки й висмоктують усі поживні речовини, доки ці патогени повністю не руйнуються. Третій спосіб — виділення ферментів, що розщеплюють важливі структури: наприклад, хітінази руйнують хітин, який входить до складу клітинних стінок грибів, а целюлази атакують целюлозу в зовнішніх шарах тіла комах. Практичні дослідження показують, що коли ці різні стратегії діють у поєднанні, вони можуть зменшити поширення грибкових захворювань майже на 70 відсотків, про що йдеться в дослідженні Пандіта та колег, опублікованому в 2022 році.

Непряма дія: індукована системна стійкість та конкурентне виключення

Мікроорганізми можуть справді посилювати захисні механізми рослин способами, які не є відразу очевидними. Коли рослини стикаються з певними мікроорганізмами, у них запускається так званий індукований системний імунітет (або ІСІ, скорочено). Це, по суті, готує рослину до атаки шляхом активації її імунної системи за допомогою таких сигналів, як кислота жасмонова та етилен. Уявіть це як створення системи раннього попередження, яка зменшує прояви хвороб приблизно на 35–40 %, коли патогени з’являються пізніше. У той самий час корисні мікроорганізми борються з шкідливими просто завдяки тому, що вони встигають зайняти позиції першими. Вони закріплюються на ділянках, де патогени зазвичай прикріплюються до коренів і листя. Ці корисні мікроорганізми також виробляють спеціальні сполуки — сидерофори, щоб відбирати залізо у шкідливих мікроорганізмів. Крім того, вони споживають вуглець та інші поживні речовини раніше, ніж до них добираються патогени. Уся ця конкуренція ускладнює закріплення хвороб без застосування будь-яких хімічних препаратів. Однак отримання реальних результатів залежить насамперед від правильного вибору штамів для конкретних умов вирощування. Зміни температури, вологість або сухість ґрунту, рівень кислотності та наявність інших мікроорганізмів — усе це впливає на те, чи працюватимуть ці захисні механізми насправді ефективно в реальних умовах.

Доведені штами мікробних агентів: Trichoderma та Bacillus у захисті рослин

Trichoderma spp.: двомодовий захист за рахунок мікопаразитизму та колонізації коренів

Гриби рода Trichoderma забезпечують захист рослин від хвороб двома основними способами. По-перше, вони безпосередньо атакують шкідливі патогени, такі як Fusarium та Rhizoctonia, за допомогою так званого мікопаразитизму. Одночасно ці корисні гриби колонізують корені рослин, сприяючи кращому засвоєнню ними поживних речовин і запускаючи в рослинах так званий індукований системний імунітет (ISR). Крім того, гриби виробляють ферменти, зокрема хітинази та глуканази, які буквально руйнують клітинні стінки вторгнених патогенів. Коли Trichoderma щільно заселяє простір навколо коренів рослин у ґрунті, вона формує своєрідний «живий щит», який витісняє інші мікроорганізми як фізично, так і шляхом конкуренції за ресурси. Польові випробування на культурах, таких як томати й пшениця, також показали досить вражаючі результати. Фермери зафіксували приблизно 70-відсоткове зниження проблем, пов’язаних із хворобами, під час використання продуктів на основі Trichoderma, а також змогли скоротити використання хімічних фунгіцидів на 40–60 % — що є дуже значним показником для більшості сільськогосподарських господарств.

Bacillus spp.: препарати з широким спектром антимікробної дії та домінування в ризосфері

Певні види бактерій роду Bacillus, зокрема B. subtilis та B. amyloliquefaciens, дуже ефективно заселяють ризосферу — зону навколо коренів рослин — й пригнічують широкий спектр шкідливих організмів. Ці бактерії синтезують речовини, відомі як ліпо-пептиди (наприклад, сурфактин і ітурин), а також інші сполуки — сидерофори. Ці речовини пригнічують ріст грибів і бактерій, у тому числі проблемних патогенів, таких як Pythium та Ralstonia. Коли штами Bacillus конкурують із цими шкідниками за простір і джерела живлення в ґрунті, кількість патогенів може зменшитися на 50–80 %. За даними польових випробувань, у восьми випадках із десяти застосування препаратів на основі Bacillus призводить до помітного зниження поширення ґрунтових хвороб у культур, таких як соя та рис. Крім того, рослини загалом краще розвиваються: надземні частини стають важчими, а корені — довшими приблизно на 15–25 %. Здатність цих бактерій утворювати захисні спори забезпечує їм високу стійкість у навколишньому середовищі, що добре поєднується з підходами інтегрованого захисту рослин. Саме тому багато програм сталого землеробства значною мірою покладаються на рішення на основі Bacillus для підтримки здоров’я рослин без повної залежності від хімічних засобів.

Вибір правильного мікробного агента: відповідність штаму, формулювання та умов у полі

Ефективність, специфічна для штаму, порівняно з адаптивністю до навколишнього середовища та терміном придатності

Вибір правильного агента біологічного контролю означає знаходження балансу між теоретичною потужністю штаму та його реальною ефективністю в умовах реального світу. Ми спостерігали випадки, коли певні гриби чудово борються з патогенами в контрольованих лабораторних умовах, але не витримують впливу зовнішніх факторів поза стінами лабораторії — ультрафіолетове випромінювання, високі температури, посуха — всі ці чинники негативно впливають на такі організми після їхнього застосування в реальних полях. З іншого боку, бактеріальні спори родини Bacillus зазвичай довше зберігаються й краще зберігають життєздатність, що є великим плюсом для зберігання. Однак тут є важлива особливість: їхня ефективність може бути нижчою проти різних типів патогенів порівняно з іншими варіантами. Також велике значення має формулювання цих продуктів. Рідкі суспензії починають діяти швидко, але, як правило, втрачають ефективність протягом шести місяців. Гранульовані форми, у яких торф використовується як носій, зберігають активність значно довше — іноді понад дванадцять місяців, хоча спочатку їх встановлення в ґрунті триває довше. Проте не менш важливими є й умови ґрунту. Такі параметри, як рівень pH, вміст солей, кількість органічної речовини та наявність інших мікроорганізмів, визначають, чи будуть обрані нами мікроорганізми добре розвиватися чи, навпаки, будуть страждати. Наприклад, у кислих ґрунтах багато штамів добре себе почувають, але в лужному середовищі вони просто не функціонують належним чином. Польові випробування постійно підтверджують це: локально адаптовані рішення забезпечують приблизно на 60 % кращі результати порівняно з універсальними продуктами, імпортованими з інших регіонів.

Інтеграція мікробного агента в програми сталого збереження здоров’я рослин

Коли фермери починають використовувати мікроорганізми для захисту рослин, вони фактично переходять від просто реагування на проблеми за допомогою хімічних засобів до більш активного, біологічного підходу. Ці маленькі організми чудово впливають на здоров’я ґрунту, розкладаючи органічну речовину та забезпечуючи обмін поживних речовин, а також природним чином знищують шкідливі патогени. Це означає, що ми можемо скоротити використання синтетичних пестицидів, які, за даними звіту Агентства з охорони навколишнього середовища США (U.S. EPA) за минулий рік, забруднюють джерела водопостачання приблизно в 42 % сільськогосподарських угідь. Досягнення хороших результатів залежить від правильного підбору мікроорганізмів до відповідних умов. Наприклад, грибок Trichoderma найкраще працює в ґрунтах, що добре утримують вологу, оскільки йому потрібне саме таке середовище, щоб максимально реалізувати свої антигрибкові властивості. Види Bacillus, як правило, краще почуваються в умовах обмеженого доступу фосфору або там, де ґрунт добре провітрюється. Найкращих результатів досягають фермери, які інтегрують ці мікроорганізми в загальну стратегію ведення господарства. Це включає такі заходи, як посів покривних культур, менш часте орання та чергування різних культур протягом року. У районах, що страждають від посухи, фермери повідомили про вражаюче зростання врожайності сої на 18 % лише завдяки тому, що ці мікроорганізми сприяли збільшенню вмісту вологи в ґрунті, посиленню кореневих систем та колонізації коренів рослин корисними бактеріями. Дослідження, проведені на різних фермах, показали, що цей комплексний підхід зменшує хімічний стік майже на 60 %, не впливаючи при цьому на врожайність у період збирання врожаю.

Поширені запитання

Що таке вторинні метаболіти?

Вторинні метаболіти — це сполуки, які виробляють мікроорганізми й порушують функціонування шкідливих організмів, наприклад, впливаючи на їхні клітинні мембрани або пригнічуючи синтез білків.

Як мікроорганізми непрямо посилюють захисні механізми рослин?

Мікроорганізми можуть непрямо посилювати захисні механізми рослин, запускаючи індуковану системну стійкість (ISR), що підготовлює імунну систему рослини до потенційних атак.

Чому види роду Bacillus надають перевагу в деяких програмах ведення сільського господарства?

Види роду Bacillus надають перевагу тому, що вони добре пристосовані до виживання в складних умовах навколишнього середовища та мають широкий спектр антибактеріальних властивостей, що допомагає зменшити залежність від хімічних засобів.